7.2. Постулаты специальной теории относительности

Классическая механика Ньютона прекрасно описывает Движение макротел, движущихся с малыми скоростями (с). Однако в конце XIX в. выяснилось, что выводы классической механики противоречат некоторым опытным данным, в частности при изучении движения быстрых заряженных частиц оказалось, что их движение не подчиня­ется законам механики. Далее возникли затруднения при попытках применить механику Ньютона к объяснению распространения света. Если источник и приемник света движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, то согласно классической механике, измеренная скорость должна зависеть от относительной скорости их движения. Американский физик А. Майкельсон (1852-1913 г-г.) в своем знаменитом опыте показал, что скорости света в двух движущихся друг относительно друга системах равны. Это противоречило правилу сложения скоростей классической механики.

Одновременно было показано противоречие между классической теорией и уравнениями Дж. К. Максвелла, лежащими в основе пони­мания света как электромагнитной волны.

Для объяснения этих и некоторых других опытных данных необ­ходимо было создать новую механику, которая, объясняя эти факты, содержала бы ньютоновскую механику как предельный случай для малых скоростей (с). Это и удалось сделать А. Эйнштейну, одному из основателей современной физики. А. Эйнштейн пришел к выводу о том, что мирового эфира - особой среды, которая могла бы быть приня­та в качестве абсолютной системы, - не существует. Существование постоянной скорости распространения света в вакууме находилось в согласии с уравнениями Максвелла.

Таким образом, А.Эйнштейн заложил основы специальной теории относите льности. Эта теория представляет собой современную физическую теорию пространства и времени, в которой, как и в классической ньютоновской механике, предполагается, что время однородно, а пространство однородно и изотропно. Специальная теория относительности часто называется также релятивистской теорией, а специфические явления, описываемые этой теорией, релятивистскими эффектами.

В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна, сформулированные им в 1905 г.

1. Принцип относительности: никакие опыты (меха­нические, электрические, оптические), проведенные внутри данной инерциальной системы, отсчета, не дают возможности обнаружить, по­коится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой.

2. Принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Постулат Эйнштейна, являясь обобщением механического принци­па относительности Галилея на любые физические процессы, утверж­дает, таким образом, что физические законы инвариантны к выбору инерциальной системы отсчета, а уравнения, описывающие эти законы, одинаковы по форме во всех инерциальных системах отсчета. Согласно этому постулату, все инерциальные системы отсчета совершенно рав­ноправны, т.е. явления (механические, электродинамические, оптичес­кие и др.) во всех инерциальных системах отсчета протекают одинако­во.

Согласно второму постулату Эйнштейна, постоянство скорости света - фундаментальное свойство природы, которое констатируется как опытный факт.

Специальная теория относительности потребовала отказа от при­вычных представлений о пространстве и времени, принятых в класси­ческой механике, поскольку они противоречили принципу постоянства скорости света. Потеряло смысл не только абсолютное пространство, но и абсолютное время.

Постулаты Эйнштейна и теория, построенная на их основе, устано­вила новый взгляд на мир и новые пространственно-временные предс­тавления, такие, например, как относительность длин и промежут­ков времени, относительность одновременности событий. Эти и другие следствия из теории Эйнштейна находят надежное эксперименталь­ное подтверждение, являясь тем самым обоснованием постулатов Эйнштейна – обоснованием специальной теории относительности.